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从科幻到现实:神经计算和脑机接口 (BCI) 的前景经过@sammynathaniels
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从科幻到现实:神经计算和脑机接口 (BCI) 的前景

经过 Samuel Bassey11m2024/04/27
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太長; 讀書

你是否曾想象过,有一天,你的思想内容可以被设备读取? 科幻小说?当然!为什么不呢?
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将来有一天,你的想法将成为你完成事情所需的唯一活动。


你是否曾经因为工作而一动不动?你不愿意表达自己的意见,因为你觉得一旦表达,你的想法就会消失。


那么,当您突然希望此刻播放您最喜欢的歌曲,但又懒得拿起手机或唤醒 Siri 来打开您的播放列表时,您会怎么做呢?


如果您的想法能够下达命令就好了,对吗?


此时,你会想,“Siri,给我播放阿黛尔的《Easy on Me》”,几秒钟后,声音充满了你的工作空间。然后你会想,“不行,太低了。Siri,把音量调到 10”,音量就会调整到完美适合你的想法。


你的大脑独自处理命令,无需嘴巴做出任何努力。我想这可以被视为神经科学史上的重大突破——或者可能不是!


让我们来看看这对世界意味着什么。


神经计算到底是什么?

神经计算是神经科学的一个分支,主要研究大脑模式和活动。它是认知神经科学的一个分支,主要研究大脑对不同体验的生物机制和反应。


该术语指的是利用脑传感器和成像框架读取、分析和解释大脑活动的过程,以检查我们的大脑如何对不同的情绪做出反应。这通常是通过使用脑机接口设备来实现的。


在这种情况下,该框架被称为“三元组”,即情感评估、感觉运动和意义知识评估的三步过程。


随着人工智能的引入,神经科学家在脑活动研究方面达到了新的里程碑。


神经计算的兴起

你是否曾想象过,有一天,你的思想内容可以被设备读取?


科幻小说?当然!为什么不呢?我们看到了很多这样的小说。但现实呢?这几乎是不可能的(或者我们是这么认为的)。测谎仪是最能读心术的仪器,但它们永远无法逐字逐句地检测出你的想法。


然而,随着时间的推移,技术似乎总是让我们感到敬畏,因为我们曾经认为只存在于电影中的技术就在这里!

使用脑电波控制装置来读取思想始于 20 世纪脑电图 (EEG) 的发明。历史上,德国精神病学家汉斯·伯杰 (Hans Berger) 发明了首次脑电图记录在神经外科领域。


这些装有传感器的设备主要用于监测和记录患者的大脑活动。当放置在头皮上时,传感器会接收大脑产生的电信号,并对其进行解读。

2008 年左右,以消费者为中心的脑电图开始商业化并供公众使用。 神经天空情绪化— 两家都是科技公司 — 都是这一领域的早期参与者,他们推出了 EEG 耳机,并承诺打造可通过思维控制的视频游戏。


此外,它还开始在视频游戏以外的其他领域进行测试,比如它如何被公司用来控制你的手机或其他活动,比如智慧大脑沉思


脑机接口技术的缓解

Meta 和 Neuralink 等创新和先进公司凭借脑机接口 (BCI) 的研究取得了成功。BCI 是一种可以直接从大脑神经元中获取想法并将其转化为文字的技术。该技术使用人工智能算法读取大脑活动并将情绪解码为文字。


2017 年至 2019 年期间,Meta 开始资助对此项技术的研究截至 2022 年 3 月,由《自然神经科学》资助的加州大学旧金山分校的研究人员在使用多达 300 个单词的词汇进行测试时,实现了脑到文本的解码,平均错误率低至 3%——这比以前的研究有了巨大的进步。


与此同时,埃隆·马斯克的 Neuralink 已经取得了很大进展,其柔性超薄线可以直接植入大脑,使佩戴者能够用思想控制他们的小工具/设备。这项技术已经在截瘫患者身上进行测试。


这项技术受到了需要重新掌控自己生活的瘫痪患者的热烈欢迎。Neuralink 已经开始在截瘫患者身上测试脑线。

神经计算案例研究

虽然这个技术概念听起来有些新,但神经计算技术多年来一直处于研发阶段,并且试飞设备也已开始生产。


读心术和脑电波控制设备的可能性是无穷无尽的。科学家们继续研究如何将它们融入我们的生活,并在各个领域试验非侵入式脑电图设备和脑机接口的可能性。

许多此类实验通常旨在帮助身体和精神残疾人士表达他们的需求并获得对他们生活的某种程度的控制权。


GrapheneX-UTS 以人为本的人工智能中心取得突破:世界上有很多病人因为疾病、瘫痪、中风或天生无法说话。因此,当悉尼科技大学 GrapheneX-UTS 以人为本的人工智能中心的研究人员首次发明出一种可以将思想转化为文字的便携式非侵入式设备时,它被视为神经计算领域的一项突破。


虽然当时的准确性值得怀疑,但既然最初的目标已经实现,只需要再开发几年就可以提高其准确率。我们已经发现 Meta 和 Neuralink 使用 BCI 和电子线程承担了这项任务。


不断发展的神经计算技术也使得人类与机器(无论是我们的设备、机器人还是假肢)之间的顺畅交流成为可能。


2014 年国际足联世界杯开球仪式: 2014 年国际足联世界杯在神经计算和脑控设备的发展历史上留下了浓墨重彩的一笔,本届世界杯首次由一名截瘫男子使用先进的辅助移动技术——脑控外骨骼主导并完成了具有象征意义的世界杯开球仪式。


这项技术再次行走项目这是来自世界各地 100 多位科学家共同发明的,它利用一组非侵入性电极读取截瘫患者的脑信号,并将其传输到轻型外骨骼触发动作,帮助该男子成功完成开球。


瘫痪的伊恩·伯克哈特重获行动能力:在世界杯开幕式的同年,俄亥俄州立大学神经调节中心主任阿里·雷扎伊博士为瘫痪的伊恩·伯克哈特进行了一项改变生活的手术26 岁的四肢瘫痪者伊恩·伯克哈特(Ian Burkhart)。


手术中,伯克哈特将一个 4 x 4 毫米的微型芯片植入其运动皮层,同时使用电子套管和专门设计的算法。这样,传感器就可以触发他的思维来控制他的手和手指,同时绕过受损的脊髓。手术很成功。


这并不是神经计算历史上唯一成功的大脑植入;一名肩膀以下瘫痪的男子也能够通过绕过受伤的脊髓,重新控制瘫痪的肌肉。 植入两个阿司匹林大小的 96 通道电极阵列进入他的运动皮层。


其他显著进展: EEG 设备和 BCI 极大地改善了残疾人的生活质量。

但我们不能说大脑控制和读心术设备只适用于病人和残疾人。这些设备还可以用于执行其他任务/活动,造福所有人:


  • BBC 和 This Place 合作开发了一款读心术耳机,让用户能够控制BBC iPlayer用他们的想法告别遥控器。
  • 高丽大学融合科学技术研究生院副教授领导的团队Suk-Won Hwang,开发了E-Glasses


这款原型眼镜由位于佩戴者耳朵和眼睛之间的柔性电极传感器组成。首先,电极由用于监测大脑电活动的脑电图 (EEG) 和用于跟踪眼球运动的眼电图 (EOG) 组成,并将两者从眼镜传输到设备进行处理和解释。


这款眼镜可用于监测佩戴者的心理健康,帮助他们用眼睛控制游戏,并在佩戴者需要时打开和关闭太阳镜模式。


  • 日产和美国宇航局正在合作开发一项名为心灵感应它可以读取、监控和测量驾驶员的大脑活动,以了解他/她是否能够警觉地驾驶。


  • 2013 年,事情发生了令人兴奋的转折,NASA 提出了一个疯狂的想法,使用脑机接口控制行星探测器他们与埃塞克斯大学的科学家合作,启动了一个用意念控制虚拟宇宙飞船的项目。


  • A 脑力无人机竞赛2016 年,佛罗里达大学的神经科学家举办了一场竞赛,竞赛中飞行员利用他们的意念将无人机驾驶到终点线。


这样的例子不胜枚举。


但就像其他现有的技术和事物一样,总会有其利弊需要考虑。


神经计算的伦理考量

神经计算技术已经改变了人们的生活,特别是对于截瘫患者来说,在许多情况下,他们能够获得可以通过思想控制的机器人身体部位,或者绕过脊髓损伤,通过脑神经元植入来刺激身体运动。


无法说话的人现在可以通过读心术设备交流自己的感受和需求。对于希望在日常生活或各个领域应用这些设备的所有其他残疾人、组织和公司来说,这是非常可行。它可以为某些活动带来“轻松”,或许还可以创造一个更安静的世界。


然而,将侵入式 BCI 植入大脑需要进行手术,风险几乎大到无法考虑。大脑是一个脆弱的器官;大脑受损会导致智力异常,甚至脑死亡。


因此,脑部植入的风险使得这项技术对于功能健全的人类来说遥不可及。另一方面,截瘫患者可以尝试这些手术,因为他们追求更好的生活质量。


这是一个微妙的情况,但如果这能让他们不被困在一个静态的世界中任由他人摆布,那么值得冒险一试。


这就是为什么 Neuralink 和 Meta 等公司推出的 BCI 虽然旨在满足所有人的需求,但目前对世界上的瘫痪群体更具吸引力。


由于这些担忧,科学家们正在重新研究非侵入性读心术方法。


去年,研究人员GrapheneX-UTS以人为本的人工智能中心悉尼科技大学的研究人员发明了一种便携式、非侵入式的帽状装置,戴在头上可以将想法转化为文字。


此外,德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家开发了非侵入性技术通过使用 fMRI 和 Al 语言模型监测大脑活动,将大脑中的想法转化为实际的言语。


这些技术的准确率一般,不过既然达到了预期目标,就只需要再开发几年,就能提高准确率。


然而,没人愿意戴着电线伸出的头戴设备四处走动,也不可能整天都带着 fMRI 机器。因此,需要不那么显眼、非侵入式的设备或风险较低的侵入式 BCI。


虽然世界可能被能够读取我们思想的脑电波控制设备所淹没,但这也带来了严重的问题。总有一天,就像其他每一天一样,我们将在头脑中默默思考的情况下开展活动,但令人悲伤的是:组织将能够在需要时读取、监控、存储、访问和使用这些想法。


尽管这听起来很悲惨,但它已经发生了。


数据隐私:我们大脑中的想法目前是我们唯一无法访问的资产、我们的隐私保险箱、我们最私密的想法和我们的个人身份——没有人应该能够访问我们的思想。

但随着神经科学领域的最新发现和技术的发展,这种固有的隐私可能比我们想象的更快地被侵犯,使我们真正容易受到大型科技公司和组织的攻击。


如果我们失去了对自己思想的控制,如果有任何公司可以监视我们的思想,我们还剩下什么呢?


就像我们在互联网上一样,公司可以购买和访问我们的大脑数据以进行有针对性的营销。


任何产品的第一个吸引力都始于大脑。你可能无法说出来,但你可以准确地思考。想象一下,如果广告商拥有与我们感受完全相同的信息,那么他们将能够以一种几乎无法抗拒的方式推销他们的产品。


神经计算和读心术设备将使大脑数据大规模可用,这对我们也非常不利。


想想看;除了引人注目的广告之外,您有多安全?


大脑里藏有你所有的秘密:你的密码、位置、投资、你拥有的金钱数额、你保存资产的地方等等。大脑数据遭到黑客攻击将意味着难以承受的损失。


一些神经科学家认为,神经计算和读心术被滥用的可能性非常大,因此需要修改人权法来保护我们所有人,这一论点是正确的。


由于这项技术足以侵犯我们最基本的权利,现行法律还不足以挽救这种局面;我们需要一种新的“心灵法学”来保护我们。


所以,总的来说,我们最大的挑战是隐私和安全!


未来会怎样?


一个安静的世界。也许这就是我们需要的?又或许不是。


埃隆·马斯克和他的公司 Neuralink 一直走在前沿,推动神经计算的概念超越仅仅帮助截瘫患者的概念。


对于马斯克来说,这将把概念互动提升到一个全新的水平,文字和对话不必用语言表达,只需用思想表达。他称之为“双方同意的心灵感应”,在这个领域里,你的言语变得完全没有必要。


你可以走进一个房间,里面的人正在交谈,但实际上他们并没有交谈,因为他们的思想在无形中飞舞。现在读到这句话,确实听起来很不可思议。我们的言语会变成什么样子?


哦!我知道你在想什么,“我们的言语永远是需要的”,当然,这在某种程度上是正确的。




但仔细想想,在手机出现之前,我们是否会有一天会认为自己会如此依赖这些设备,以至于很少重视身体交流,而宁愿沉浸在虚拟对话中?我不这么认为。


当你只需要用思维来完成最基本的活动,比如在咖啡馆点咖啡、在电影院让朋友递爆米花、向老板提出建议、在约会时进行口头交谈等时,你可能会逐渐失去实际文字的联系。几乎同样,我们也逐渐失去了在纸上书写的联系,因为我们更喜欢在电脑、平板电脑或手机上打字。

嗯,不可否认的是,这听起来也很有趣。你永远不必说你不知道如何表达自己,因为你的大脑会为你完成所有你无法用语言表达的事情。


你的感受概念会随着你的感受而流动,无论它们有多么不满,你的接收者都会得到准确的信息,包括恐惧、兴奋、蔑视和所有转瞬即逝的情绪——就像它本来的样子传达的那样。


而且,这项技术的进步将消除语言障碍。我们所想的一切都可以用任何语言直接传达给接收者。


神经计算对未来的设想既令人不安又令人着迷,但我们确实无法阻止技术的发展,也无法阻止未来的发展。


我们只希望能够采取措施减轻不利影响,同时期待最好的结果。